论文部分内容阅读
[摘 要] 理论力学是研究物体机械运动的基本规律的科学，它是一般力学各分支学科的基础。针对理论力学传统教学模式的利弊进行分析，结合理论力学课程的特点和其在高等院校课程体系中的基础地位，提出了理论力学的多元化的教学模式。通过在教学中实施多元化教学方法，激发了学生学习的兴趣;应用启发式教学和课外多样化练习等模式，调动学生的积极性，提高学生综合运用理论力学解决问题的能力，提高了工科专业教师的教学能力和理论力学课程的教学效果。
[关键词] 多元化教学模式;理论力学;教学改革
[基金项目] 2019年甘肃农业大学混合课程建设项目（理论力学）;甘肃农业大学“农业水利工程一流本科专业”建设项目
[作者简介] 王玉才（1985—），男，甘肃景泰人，博士，副教授，主要从事水利工程的教学及科研工作;王丽萍（1982—），女，甘肃临夏人，硕士，主要从事本科生教学管理工作。
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）36-0254-03 [收稿日期] 2019-12-10
理论力学是一门理论性较强的技术基础课，是研究机械运动基本规律的科学。因此，理论力学既是各门力学学科的基础，又是各门与机械运动密切联系的工程技术学科的基础，在许多工程技术领域中有着广泛的应用[1]。它是机械、建筑类专业的技术基础课。许多后继课程如材料力学、结构力学、振动理论等，都要以理论力学的理论为基础。因此，作为一门水利类专业技术基础主干课程，如何通过较好的教学模式和方法的应用，提高学生利用理论力学专业知识发现问题、解决问题的能力，提高学生实验和实践能力以及创新能力，是教学工作者需要研究和探讨的重要问题。由于目前各个高校理论力学教学中的教学内容侧重点、教学模式和方法不尽相同、各有利弊，理论力学教材也丰富多样（见表1），因此，对理论力学的多元化的教学模式应用的探讨具有一定的实践意义。
一、传统理论力学课程教学模式
理论力学是专业技术基础主干课程，是一门理论性较强和具有实际问题的课程，公式较多，计算能力要求很高，对学生高等数学、大学物理等课程要求较高。理论力学课程的传统教学模式主要有讲授法和课堂讨论法，两种方法的教学各有利弊。
1.以教师为主体的讲授法。讲授法是一种最基本的教学模式，是通过老师的语言向学生描绘情境、叙述事实、解释概念、论证原理和阐明规律的教学方法。通过课堂充分讲解和富于理性的阐述，上课效果会很好，当然，再结合其他方法的应用效果会更好。理论力学习课堂教学应改变满堂灌的形式，在精选习题的基础上，采取互动式或讨论的教学方法，充分调动学生的积极性和发挥其自主性[2]。某高校理论力学教学主要模式为满堂讲授模式，从表2可以看出，卷面成绩并不理想。
2.以学生为主体的课堂讨论法。在教师的指导下，学生以小组为单位，围绕教材的重要和关键问题讨论，其优点在于全班绝大多数学生都参加讨论，可以培养学生的合作精神，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的独立性。但这种教学模式的弊端也较为突出，比如在知识传授的系统性、扎实性和快速性等方面存在不足[3]。近年来，翻转课堂教学模式备受关注，由学生在课前通过信息技术的帮助完成知识的接受，课堂上在教师与同学的共同协助下完成知识的内化[4]。
理论力学课程的教学中存在不少问题。首先，理论力学课程学习难度较大且内容较烦琐，如运动学中的运动方程的建立和动力学中的虚位移原理等知识点;其次，学生的画图能力不够，在静力学中进行受力分析以及动力学都需要比较好的作图能力;最后，实际问题抽象能力及建模能力培养不够，由于学时有限，在很短的时间内既要完成较多的系统理论内容，又要培养学生建模及抽象能力，这对老师的要求很高。因此，必须开展多元化的教学模式探讨，才能使学生更好地学习理论力学课程。
二、理论力学的多元化教学模式
所谓多元化的教学模式就是在课堂上采用以多媒体与黑板相结合为主线的教学方法，结合其他先进的教学方法（翻转课堂等）来加强师生间的互动，同时举办教授专题报告，从而使同学们了解该学科的前沿研究方向。与此同时，在条件允许下建立基于网络教学平台，有针对性地给出讨论的内容，让同学们各抒己见，最后由教师总结，增进师生间的交流[5]。由于传统理论力学课程教学模式存在一定缺陷，所以寻求一种较好的教学模式对该课程的教学有着至关重要的作用。
1.注重理论和实际相结合。理论力学是一门将实际工程问题抽象为数学模型的课程，在授课时需要注重理论和实际的结合。如何解决实际当中的问题，这就需要理论力学严密的逻辑推理与集中思维，同时结合理论力学的建模思路，将实际问题抽象化。比如，理论力学中的桁架问题。桁架在水利工程中应用较多，但就实际的桁架如何简化，节点和连杆如何计算受力，在授课过程中首先使学生认识到实际工程中的问题，提出如何解决问题，再将其简化，最后利用理论力学中的方法解决问题，从而达到提高学生创新和解决实际问题的能力。
2.多媒体与讨论式教学相结合。多媒体教学是在教学过程中，根据教学目标和教学对象的特点，通过教学方法和内容的设计，合理选择和运用现代教学媒体，将课程内容用丰富的多种媒体信息传授给学生，提高课程的教学效果。理论力学课程中的很多机械运动内容很难用语言表达出来，但可以用图像和视频的方式很直观地展现给学生，这样多媒体在理论力学课程的教学中就会有很重要的作用。同时，在应用多媒体授课的同时，将讨论式教学小组引入，激发学生学习知识的兴趣，二者结合共同起到更好的授课效果。
3.以学生为主体，引入翻转课堂。在高等教育逐步发展过程中，培养专业复合型人才非常重要，同时学生的主体地位日益凸显，并且在教学中也逐步实现。以学生为主体的教学，就是在教师的指导下，学生主动成为学习的主体，各抒己见，获得知识或巩固知识。通过教师和学生主体地位的转变，促使全班绝大多数的学生都参加讨论，培养学生的合作精神，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的独立性。在此基礎上，引入最新的翻转课堂教学模式，教师可以将新的课程内容放在校园网络，并分成时间比较短的视频等形式，学生在其空闲时间就可以学习新课程的内容。将其进行分组，在课堂讲授和学习中，教师让每个小组进行讲述并讨论学习，再对不清晰或易混淆内容进行重点讲解，最后进行翻转课堂的效果评价和成绩评定。 4.引入Maple等可视化教学。Maple是一套高性能的可视化软件，具有强大的符号、绘图功能，不仅可以简便地求解、计算烦琐的数学公式，还可形象地展示公式的物理图像，使其变得形象直观[6，7]。将Maple运用到理论力学的课堂教学中[8]，能够使很多理论力学中的复杂问题简单化，抽象问题可视化，从而学生对机械运动规律的理解更加深刻，提高学生的自学能力。同时，能使学生掌握Maple软件和数值仿真计算方法，提高学生的动手能力和计算机能力。Maple在理论力学的教学中，尤其是在运动学和动力学中，其数值计算能力和图像绘制、动画演示功能非常突出，比如在钟摆的运动、动量守恒定理的演示等方面。
三、多元化理论力学课程教学模式的效果
传统的教学模式下，很多学生都是机械的学习、应付考试，缺乏学习的积极性和主动性，并且很难将理论力学的知识运用到具体的工作中去。在理论力学课程某些内容的讲授过程中，较难理解的内容通过多媒体的图片和动画的演示生动地展现给学生，再通过具体的实验过程，就能提高学生的动手能力，对一些力学现象的认识就会更加深刻。通过引入翻转课堂和微课等教学模式，提高学生的主体地位，从而提高学生的积极性和主动性。尤其是学生自主选择的翻转课堂，在出勤率、学生总体综合成绩等方面都略高于普通班级（见图1）。
通过对传统教学模式的改革，形成多元化的理论力学课程教学模式，不仅能够提高学生对理论力学课程学习的兴趣，而且能够帮助学生系统地掌握理论力学相关知识，还能提高學生的实践创新能力。同时，高校专业教师的教学能力和理论力学课程的教学效果有显著提高。当然，对理论力学课程的教学模式的探讨还需要不断创新。
参考文献
[1]哈尔滨工业大学理论力学教研室]理论力学[M].北京：高等教育出版社，2009.
[2]邢利英，王新征.工科理论力学教学改革与实践[J].南阳师范学院学报，2010，9（3）：196-109.
[3]周凤岗.建立多元化教学模式的设想[J].高等理科教育，2001，（1）：49-52.
[4]许英姿，沈玉凤.基于翻转课堂的理论力学教学改革与实践[J].力学与实践，2015，（37）：737-740.
[5]卢坤林，钱德玲，杨扬.多元化教学模式在土力学课程中的尝试[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2009，23（5）：23-26.
[6]赵会江.Maple9.0符号处理及应用[M].北京：科学出版社，2007.
[7]魏敏.Maple910的特性及应用[J].黑龙江科技信息，2008，28（4）：68-69.
[8]宋海珍，张鸿军，卢成.基于Maple软件的理论力学可视化教学探索[J].实验计算与管理，2012，29（1）：93-95.
[关键词] 多元化教学模式;理论力学;教学改革
[基金项目] 2019年甘肃农业大学混合课程建设项目（理论力学）;甘肃农业大学“农业水利工程一流本科专业”建设项目
[作者简介] 王玉才（1985—），男，甘肃景泰人，博士，副教授，主要从事水利工程的教学及科研工作;王丽萍（1982—），女，甘肃临夏人，硕士，主要从事本科生教学管理工作。
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）36-0254-03 [收稿日期] 2019-12-10
理论力学是一门理论性较强的技术基础课，是研究机械运动基本规律的科学。因此，理论力学既是各门力学学科的基础，又是各门与机械运动密切联系的工程技术学科的基础，在许多工程技术领域中有着广泛的应用[1]。它是机械、建筑类专业的技术基础课。许多后继课程如材料力学、结构力学、振动理论等，都要以理论力学的理论为基础。因此，作为一门水利类专业技术基础主干课程，如何通过较好的教学模式和方法的应用，提高学生利用理论力学专业知识发现问题、解决问题的能力，提高学生实验和实践能力以及创新能力，是教学工作者需要研究和探讨的重要问题。由于目前各个高校理论力学教学中的教学内容侧重点、教学模式和方法不尽相同、各有利弊，理论力学教材也丰富多样（见表1），因此，对理论力学的多元化的教学模式应用的探讨具有一定的实践意义。
一、传统理论力学课程教学模式
理论力学是专业技术基础主干课程，是一门理论性较强和具有实际问题的课程，公式较多，计算能力要求很高，对学生高等数学、大学物理等课程要求较高。理论力学课程的传统教学模式主要有讲授法和课堂讨论法，两种方法的教学各有利弊。
1.以教师为主体的讲授法。讲授法是一种最基本的教学模式，是通过老师的语言向学生描绘情境、叙述事实、解释概念、论证原理和阐明规律的教学方法。通过课堂充分讲解和富于理性的阐述，上课效果会很好，当然，再结合其他方法的应用效果会更好。理论力学习课堂教学应改变满堂灌的形式，在精选习题的基础上，采取互动式或讨论的教学方法，充分调动学生的积极性和发挥其自主性[2]。某高校理论力学教学主要模式为满堂讲授模式，从表2可以看出，卷面成绩并不理想。
2.以学生为主体的课堂讨论法。在教师的指导下，学生以小组为单位，围绕教材的重要和关键问题讨论，其优点在于全班绝大多数学生都参加讨论，可以培养学生的合作精神，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的独立性。但这种教学模式的弊端也较为突出，比如在知识传授的系统性、扎实性和快速性等方面存在不足[3]。近年来，翻转课堂教学模式备受关注，由学生在课前通过信息技术的帮助完成知识的接受，课堂上在教师与同学的共同协助下完成知识的内化[4]。
理论力学课程的教学中存在不少问题。首先，理论力学课程学习难度较大且内容较烦琐，如运动学中的运动方程的建立和动力学中的虚位移原理等知识点;其次，学生的画图能力不够，在静力学中进行受力分析以及动力学都需要比较好的作图能力;最后，实际问题抽象能力及建模能力培养不够，由于学时有限，在很短的时间内既要完成较多的系统理论内容，又要培养学生建模及抽象能力，这对老师的要求很高。因此，必须开展多元化的教学模式探讨，才能使学生更好地学习理论力学课程。
二、理论力学的多元化教学模式
所谓多元化的教学模式就是在课堂上采用以多媒体与黑板相结合为主线的教学方法，结合其他先进的教学方法（翻转课堂等）来加强师生间的互动，同时举办教授专题报告，从而使同学们了解该学科的前沿研究方向。与此同时，在条件允许下建立基于网络教学平台，有针对性地给出讨论的内容，让同学们各抒己见，最后由教师总结，增进师生间的交流[5]。由于传统理论力学课程教学模式存在一定缺陷，所以寻求一种较好的教学模式对该课程的教学有着至关重要的作用。
1.注重理论和实际相结合。理论力学是一门将实际工程问题抽象为数学模型的课程，在授课时需要注重理论和实际的结合。如何解决实际当中的问题，这就需要理论力学严密的逻辑推理与集中思维，同时结合理论力学的建模思路，将实际问题抽象化。比如，理论力学中的桁架问题。桁架在水利工程中应用较多，但就实际的桁架如何简化，节点和连杆如何计算受力，在授课过程中首先使学生认识到实际工程中的问题，提出如何解决问题，再将其简化，最后利用理论力学中的方法解决问题，从而达到提高学生创新和解决实际问题的能力。
2.多媒体与讨论式教学相结合。多媒体教学是在教学过程中，根据教学目标和教学对象的特点，通过教学方法和内容的设计，合理选择和运用现代教学媒体，将课程内容用丰富的多种媒体信息传授给学生，提高课程的教学效果。理论力学课程中的很多机械运动内容很难用语言表达出来，但可以用图像和视频的方式很直观地展现给学生，这样多媒体在理论力学课程的教学中就会有很重要的作用。同时，在应用多媒体授课的同时，将讨论式教学小组引入，激发学生学习知识的兴趣，二者结合共同起到更好的授课效果。
3.以学生为主体，引入翻转课堂。在高等教育逐步发展过程中，培养专业复合型人才非常重要，同时学生的主体地位日益凸显，并且在教学中也逐步实现。以学生为主体的教学，就是在教师的指导下，学生主动成为学习的主体，各抒己见，获得知识或巩固知识。通过教师和学生主体地位的转变，促使全班绝大多数的学生都参加讨论，培养学生的合作精神，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的独立性。在此基礎上，引入最新的翻转课堂教学模式，教师可以将新的课程内容放在校园网络，并分成时间比较短的视频等形式，学生在其空闲时间就可以学习新课程的内容。将其进行分组，在课堂讲授和学习中，教师让每个小组进行讲述并讨论学习，再对不清晰或易混淆内容进行重点讲解，最后进行翻转课堂的效果评价和成绩评定。 4.引入Maple等可视化教学。Maple是一套高性能的可视化软件，具有强大的符号、绘图功能，不仅可以简便地求解、计算烦琐的数学公式，还可形象地展示公式的物理图像，使其变得形象直观[6，7]。将Maple运用到理论力学的课堂教学中[8]，能够使很多理论力学中的复杂问题简单化，抽象问题可视化，从而学生对机械运动规律的理解更加深刻，提高学生的自学能力。同时，能使学生掌握Maple软件和数值仿真计算方法，提高学生的动手能力和计算机能力。Maple在理论力学的教学中，尤其是在运动学和动力学中，其数值计算能力和图像绘制、动画演示功能非常突出，比如在钟摆的运动、动量守恒定理的演示等方面。
三、多元化理论力学课程教学模式的效果
传统的教学模式下，很多学生都是机械的学习、应付考试，缺乏学习的积极性和主动性，并且很难将理论力学的知识运用到具体的工作中去。在理论力学课程某些内容的讲授过程中，较难理解的内容通过多媒体的图片和动画的演示生动地展现给学生，再通过具体的实验过程，就能提高学生的动手能力，对一些力学现象的认识就会更加深刻。通过引入翻转课堂和微课等教学模式，提高学生的主体地位，从而提高学生的积极性和主动性。尤其是学生自主选择的翻转课堂，在出勤率、学生总体综合成绩等方面都略高于普通班级（见图1）。
通过对传统教学模式的改革，形成多元化的理论力学课程教学模式，不仅能够提高学生对理论力学课程学习的兴趣，而且能够帮助学生系统地掌握理论力学相关知识，还能提高學生的实践创新能力。同时，高校专业教师的教学能力和理论力学课程的教学效果有显著提高。当然，对理论力学课程的教学模式的探讨还需要不断创新。
参考文献
[1]哈尔滨工业大学理论力学教研室]理论力学[M].北京：高等教育出版社，2009.
[2]邢利英，王新征.工科理论力学教学改革与实践[J].南阳师范学院学报，2010，9（3）：196-109.
[3]周凤岗.建立多元化教学模式的设想[J].高等理科教育，2001，（1）：49-52.
[4]许英姿，沈玉凤.基于翻转课堂的理论力学教学改革与实践[J].力学与实践，2015，（37）：737-740.
[5]卢坤林，钱德玲，杨扬.多元化教学模式在土力学课程中的尝试[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2009，23（5）：23-26.
[6]赵会江.Maple9.0符号处理及应用[M].北京：科学出版社，2007.
[7]魏敏.Maple910的特性及应用[J].黑龙江科技信息，2008，28（4）：68-69.
[8]宋海珍，张鸿军，卢成.基于Maple软件的理论力学可视化教学探索[J].实验计算与管理，2012，29（1）：93-95.